地理信息系統(tǒng)GIS在測繪工程中的應(yīng)用

摘 ?要：在地理空間信息不斷完善、發(fā)展規(guī)劃更加科學(xué)的大環(huán)境下，多運(yùn)用信息化的手段收集更加精確的工程測量數(shù)據(jù)能夠更好地幫助技術(shù)人員掌握基礎(chǔ)的地質(zhì)信息，在城市的規(guī)劃發(fā)展和立體交互式的產(chǎn)品當(dāng)中都具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。GIS系統(tǒng)中對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用顯示更為靈活，也是3S技術(shù)當(dāng)中重要的組成之一。本文將系統(tǒng)性地介紹地理信息系統(tǒng)的基本概念與功能，結(jié)合其工作流程和運(yùn)用意義，詳細(xì)討論在測繪工程當(dāng)中的具體應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：測繪工程;GIS系統(tǒng);應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TP39 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）14-0079-04

Abstract： In the environment of geospatial information continuously improving and development planning becoming more and more scientific， more use of informatization means to collect more accurate engineering survey data can better help technician master basic geological information. It has strong application value and development prospects in urban planning and development and three-dimensional interactive products. The application and display of geographic information data in GIS system is more flexible， and it is also one of the important components of 3S technology. This paper will systematically introduce the basic concepts and functions of geographic information system， combined with its workflow and application significance， and discuss in detail its specific application and development trend in surveying and mapping engineering.

Key words： surveying and mapping engineering; GIS system; application analysis

0 ?引 ?言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，有效帶動(dòng)了測繪工程，其中的許多測量環(huán)節(jié)可以更好地依靠機(jī)器設(shè)備完成。為了提升測繪工作質(zhì)量，在測繪工程中有效利用地理信息測繪系統(tǒng)GIS技術(shù)，能夠提高測繪精準(zhǔn)度和測繪效率，對(duì)建立三維地理模型和促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展都具有重要價(jià)值。GIS系統(tǒng)當(dāng)中集成了大量的地理空間信息，在實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中能夠形成更加可靠的數(shù)據(jù)參考，在降低人工成本和工作量的同時(shí)，在數(shù)據(jù)的精度和體量上也有了明顯的提升，是地理測繪行業(yè)不斷發(fā)展的重要表現(xiàn)之一。GIS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢較為突出，可以借助高效的信息化處理手段實(shí)現(xiàn)信息分析顯示，在測繪行業(yè)中有著極為廣泛的應(yīng)用。

1 ?地理信息系統(tǒng)GIS的概述

1.1 ?GIS的概念

GIS是地理空間學(xué)當(dāng)中一種重要的信息采集、處理和顯示技術(shù)，在信息獲取的精確度和應(yīng)用的便捷性上有極大的優(yōu)勢，能夠更好地為地理空間的統(tǒng)籌規(guī)劃和信息發(fā)展提供重要的數(shù)據(jù)參考。在GIS系統(tǒng)當(dāng)中主要應(yīng)用了計(jì)算機(jī)和云計(jì)算的方式完成集成化的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，在數(shù)學(xué)模型建立和地理空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方面能夠?qū)崿F(xiàn)快速精確的處理，為有效建立三維化的地理空間模型、促進(jìn)地理信息的技術(shù)化發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。在地理工程測繪行業(yè)當(dāng)中，3S技術(shù)已經(jīng)成為目前極具應(yīng)用優(yōu)勢的手段，而GIS系統(tǒng)當(dāng)中優(yōu)秀的數(shù)據(jù)統(tǒng)籌為其他技術(shù)提供了更好的參考和保障。

1.2 ?GIS的功能

在GIS系統(tǒng)內(nèi)錄入的地理空間參數(shù)信息形式和類別更加多樣化，包括了野外空間的地形地貌、城市區(qū)域內(nèi)的資源探測和線路分布等，系統(tǒng)內(nèi)集成的數(shù)據(jù)體量十分龐大，能夠更好地為技術(shù)人員提供檢索和參考。目前在許多城市的地下管線規(guī)劃和新區(qū)開發(fā)建設(shè)當(dāng)中都需要利用GIS系統(tǒng)先行進(jìn)行探測和模型的碰撞測試，對(duì)于提升規(guī)劃決策方案的科學(xué)性具有重要意義。在GIS系統(tǒng)內(nèi)還可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接快速制圖，有效規(guī)避了在人工處理過程當(dāng)中不精確和效率低的問題，在信息錄入、存儲(chǔ)和調(diào)取的過程當(dāng)中也更加高效便捷。這些優(yōu)勢對(duì)于測繪工程中對(duì)精準(zhǔn)度的要求相符，同時(shí)也后測繪工程的的信息網(wǎng)建立提供了可靠的保障。

1.3 ?GIS的原理

GIS系統(tǒng)當(dāng)中的信息采集處理主要是依靠了空間衛(wèi)星和遙感技術(shù)，在對(duì)需要探測的區(qū)域進(jìn)行精確定位后能夠直接利用遙感的圖像拍攝和波的探測方式獲取空間的地表信息參數(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)和圖像信息通過通信系統(tǒng)統(tǒng)一傳輸后可以建立GIS數(shù)據(jù)庫，利用集成的數(shù)學(xué)模型處理模塊能夠快速判斷出這些回傳信息之間的聯(lián)系性，將相同的參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行有效連接能夠構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)柵格化的立體空間模型[1]。這些遙感傳感器內(nèi)發(fā)射的電磁波等作為探測介質(zhì)，在信息獲取的過程當(dāng)中受到環(huán)境的影響因素較小，在應(yīng)用過程當(dāng)中更具有普適性，這也是該技術(shù)的重要優(yōu)勢之一。

2 ?地理信息系統(tǒng)GIS在測繪工程中的重要意義

為確保在測繪工程當(dāng)中獲取信息的精確度，在探測技術(shù)的選擇上必須要予以更高程度的重視，盡量保證獲取信息參數(shù)的有效性。在傳統(tǒng)的測繪工程當(dāng)中大多需要依靠人力手段進(jìn)行定點(diǎn)測量，在數(shù)據(jù)的讀取過程當(dāng)中很容易受到人為主觀因素的干擾而產(chǎn)生偏差，對(duì)于后續(xù)的空間模型建立和方案設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，在測繪工程的開展周期上也會(huì)有一定的延誤。GIS技術(shù)主要是依靠了衛(wèi)星和遙感技術(shù)進(jìn)行探測，其中還加載了許多智能化和自動(dòng)化的分析軟件，能夠更好地解放技術(shù)人員的工作壓力，有效促進(jìn)了地理空間技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。

3 ?地理信息系統(tǒng)GIS的工作流程分析

3.1 ?數(shù)據(jù)信息采集

在進(jìn)行地理空間信息數(shù)據(jù)的采集過程當(dāng)中主要有離散和連續(xù)兩種數(shù)據(jù)類型，在存儲(chǔ)時(shí)要根據(jù)其特點(diǎn)選擇不同的存儲(chǔ)類別便于后續(xù)的轉(zhuǎn)換處理。如一些離散的地表參數(shù)就可以以柵格的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，能夠更好地節(jié)約系統(tǒng)空間保證采集時(shí)的數(shù)據(jù)體量。在一些地表海拔具有起伏和連續(xù)性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)當(dāng)中必須要按照矢量點(diǎn)的方式依次記錄，在系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理時(shí)就能夠更好地根據(jù)采集的時(shí)間性和方向性進(jìn)行快速恢復(fù)并形成三維模型[2]。GIS系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)于地理空間信息的獲取主要是依靠衛(wèi)星系統(tǒng)調(diào)整數(shù)據(jù)采集的角度和高度來獲得更加全面地測量結(jié)果，并結(jié)合遙感技術(shù)進(jìn)行空間二維圖像的采集和拍攝，將其作為輔助數(shù)據(jù)處理的參考指標(biāo)，使整個(gè)數(shù)據(jù)采集的前期工作更具可靠性。圖1為離散型數(shù)據(jù)信息采集效果顯示圖。

3.2 ?數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理

GIS系統(tǒng)當(dāng)中具有集成化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理模塊，不需要技術(shù)人員在進(jìn)行讀取時(shí)重新進(jìn)行計(jì)算，有效提升了系統(tǒng)運(yùn)行的工作效率和便捷性。GIS的通訊模塊會(huì)將儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)和圖像共同進(jìn)行傳輸，集成系統(tǒng)在處理過程當(dāng)中可以將這些圖層按照參數(shù)的矢量性進(jìn)行有效疊加，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿S地理空間模型的前提，將圖層當(dāng)中具有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)信息和圖像要點(diǎn)結(jié)合在一起，使一些較為復(fù)雜的城市空間或野外空間能夠?qū)崿F(xiàn)綜合化的實(shí)體連接[3]。由于每個(gè)衛(wèi)星在進(jìn)行數(shù)據(jù)探測和實(shí)拍時(shí)的角度有一定差異，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)必須要根據(jù)衛(wèi)星定位的結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的計(jì)算處理，確保坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和空間投影具有一致性后再將獲得的整體數(shù)據(jù)進(jìn)行有效輸出和顯示。GIS數(shù)據(jù)投影處理的過程如圖2所示。

3.3 ?數(shù)據(jù)顯示管理

在GIS系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示的類別有很多，包括了點(diǎn)線結(jié)合到二維平面和立體化的空間結(jié)構(gòu)模型等，且在每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)處都可以顯示所有采集到的相關(guān)信息，有效確保了技術(shù)人員在閱讀GIS系統(tǒng)模型時(shí)信息獲取的全面性。在遙感技術(shù)采集到的圖像信息加載數(shù)據(jù)的過程當(dāng)中要提前進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和轉(zhuǎn)換，這個(gè)顯示管理的過程可通過GIS系統(tǒng)內(nèi)的集成模塊進(jìn)行自動(dòng)化處理，技術(shù)人員也可根據(jù)工作需求選取在立體化模型當(dāng)中某一高度平面上的截圖概況，使數(shù)據(jù)的顯示和管理功能更加完善，并進(jìn)一步突出了地理信息系統(tǒng)的智能化和科技化發(fā)展，使其能夠在地理測繪工程行業(yè)發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值。

4 ?地理信息系統(tǒng)GIS的測繪應(yīng)用分析

4.1 ?地理資源調(diào)查

在許多城市規(guī)模不斷擴(kuò)張的大背景下，利用GIS系統(tǒng)提前收集城市周邊的地質(zhì)環(huán)境資料能夠更好地掌握相關(guān)資源的分布情況，為建立新的發(fā)展區(qū)域形成重要的參考和指導(dǎo)[4]。如在山西地區(qū)由于蘊(yùn)藏著豐富的煤礦資源不斷進(jìn)行開挖和采煤作業(yè)，導(dǎo)致了城區(qū)的地表環(huán)境更為脆弱，很容易出現(xiàn)地面沉降等危險(xiǎn)問題，對(duì)于豐富礦產(chǎn)資源的開發(fā)和確定也存在著不均勻和不合理的問題。在利用GIS技術(shù)作為山西煤礦開采方案和發(fā)展新區(qū)確定的過程當(dāng)中可以幫助技術(shù)人員和政府人員更加直觀地判斷下一步城市發(fā)展的規(guī)劃，在保障城市生態(tài)環(huán)境和地理環(huán)境的同時(shí)，也能夠更好地根據(jù)資源數(shù)量和分布實(shí)現(xiàn)更加均衡協(xié)調(diào)的發(fā)展。包括空氣質(zhì)量、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害等都可以利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行有效識(shí)別，為城市發(fā)展和避災(zāi)提供翔實(shí)信息和數(shù)據(jù)變化。

4.2 ?高精度測繪法

在測繪工程當(dāng)中對(duì)于地理數(shù)據(jù)信息的精度有著較高的需求，這也是確保在后續(xù)的方案制定等過程當(dāng)中能夠形成更多的參考，GIS系統(tǒng)當(dāng)中就可以有效實(shí)現(xiàn)高精度的工程測繪，利用了設(shè)備的定點(diǎn)調(diào)頻和自動(dòng)化特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)大體量和高精度的數(shù)據(jù)采集，且對(duì)于氣候和環(huán)境等因素的影響與限制更小，在工作效率方面有了明顯的提升。GIS系統(tǒng)當(dāng)中連接的定位衛(wèi)星共有24顆，這也有效促進(jìn)了再進(jìn)行地理平面信息測量時(shí)的全面性，且在一定地表深度內(nèi)的測量需求當(dāng)中也可以予以有效地滿足[5]。在GIS系統(tǒng)當(dāng)中有自動(dòng)讀數(shù)的集成模塊，技術(shù)人員在獲取相關(guān)信息時(shí)可以直接根據(jù)數(shù)據(jù)顯示結(jié)果進(jìn)行記錄，不需要再根據(jù)海拔高度、測量角度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)校，使整個(gè)測繪過程更加簡便有效。

4.3 ?立體信息輸出

在GIS系統(tǒng)當(dāng)中采集到的地理空間數(shù)據(jù)信息是一個(gè)立體化的模式，在進(jìn)行輸出和顯示時(shí)也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)疊加的問題，系統(tǒng)能夠自動(dòng)根據(jù)不同的需求采用對(duì)應(yīng)的顏色進(jìn)行錯(cuò)落標(biāo)志，使用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時(shí)更加醒目。在進(jìn)行立體的數(shù)據(jù)信息輸出時(shí)要提前根據(jù)設(shè)良好的密度閾值進(jìn)行分層，并根據(jù)預(yù)設(shè)好的區(qū)域?qū)傩蕴卣鞔_定在GIS系統(tǒng)內(nèi)具體采集的信息指標(biāo)如圖3、圖4、圖5所示，使整個(gè)采集，分析和立體顯示的過程更加高效[6]。如在一些城市道路車流量的統(tǒng)計(jì)當(dāng)中可以根據(jù)分析得到的結(jié)果采用紅綠兩種顏色分別代表擁堵和暢通，這一數(shù)據(jù)的立體輸出也是實(shí)時(shí)更新和變化的，能夠更好地幫助用戶選擇最優(yōu)的道路規(guī)劃。GIS系統(tǒng)的圖像顯示是一個(gè)三維的模型，在野外工程測繪當(dāng)中也可以根據(jù)測量平面的海拔高度等進(jìn)行立體化的輸出，特別是在山區(qū)內(nèi)掌握具體的山脈分布也有重要意義。

4.4 ?點(diǎn)線圖像處理

在不同的測繪工程目標(biāo)指導(dǎo)下，對(duì)GIS技術(shù)的應(yīng)用偏向也有一定的差異，有時(shí)在進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸出和顯示時(shí)也會(huì)采用點(diǎn)線結(jié)合的二維方式予以處理，還需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。點(diǎn)線結(jié)合的圖像處理在技術(shù)難度上的要求更低，但在許多城市的規(guī)劃布局當(dāng)中具有重要的價(jià)值意義。如在掌握城市交通網(wǎng)絡(luò)分布情況的需求下，可利用GIS技術(shù)對(duì)其進(jìn)行探測和采集，以線路連接的方式顯示出不同類型的城市軌道交通分布，并以點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)顯示出城市居民的居住分散情況，特別是在一些線路交叉的區(qū)域內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確地顯示[7]。在這樣的點(diǎn)線結(jié)合平面表達(dá)過程當(dāng)中能夠更好地掌握當(dāng)前城市的布局規(guī)劃情況，合理判斷當(dāng)前的交通網(wǎng)絡(luò)是否能夠更好地滿足居民的出行需求，將城市的交通網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)和水電網(wǎng)絡(luò)等結(jié)合在一起，并為其下一步發(fā)展規(guī)劃提供重要的信息參考。城市的道路及人口分布平面圖如圖6所示。

4.5 ?野外測繪工程

在進(jìn)行野外的工程測繪時(shí)大部分需要依靠人力進(jìn)行定點(diǎn)，不僅工作技術(shù)難度要求高，有時(shí)還需要多次測量來保證數(shù)據(jù)結(jié)果的精度和有效性，在信息采集的效率方面有明顯的不足。在GIS系統(tǒng)當(dāng)中能夠更好地借助衛(wèi)星和集成模塊的自動(dòng)化處理方式完成對(duì)應(yīng)工作，利用空間定位的方式更好地解決了在地表測量過程當(dāng)中的一些限制因素，使野外測繪工程能夠更加高效地開展[8]。GIS系統(tǒng)當(dāng)中的地理信息測繪范圍和屬性更加廣泛，除常見的地表信息和海拔高度等，還可以在一定程度上深入地表以下進(jìn)行有效的探測和信息反饋，在數(shù)據(jù)獲得體量上和類別豐富度上都有了明顯的提升，也是目前野外測繪工程當(dāng)中廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。

5 ?地理信息系統(tǒng)GIS的發(fā)展趨勢展望

由于GIS技術(shù)具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，在發(fā)展的過程當(dāng)中也可以更好地利用集成模塊的方式添加其他附加功能，在測繪工程領(lǐng)域內(nèi)具有極大的發(fā)展前景。在地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)更重視和計(jì)算機(jī)、通信和云技術(shù)的有效結(jié)合，充分發(fā)揮出3S技術(shù)對(duì)于信息測量與統(tǒng)籌分析的綜合優(yōu)勢，使其功能從單純的信息獲取轉(zhuǎn)變?yōu)楦尤娴男畔⒎?wù)，也為我國的地理測量測繪行業(yè)不斷助力。在SDA和CI技術(shù)的結(jié)合過程當(dāng)中能夠更好地完善GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，在三維空間模型的建立當(dāng)中，也能夠更加精確并帶有標(biāo)注識(shí)別，使更多的地理空間信息能夠集成在同一個(gè)模型顯示體內(nèi)，不斷豐富GIS系統(tǒng)模型的功能性和數(shù)據(jù)性。GIS系統(tǒng)當(dāng)中的各項(xiàng)集成功能也可以和移動(dòng)終端的APP等結(jié)合在一起，為用戶提供具有交互式的信息共享體系，使其適用范圍和功能集成得到更好的發(fā)展。

6 ?結(jié) ?論

總之，在地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用過程當(dāng)中對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示已經(jīng)有了較為成熟的工作流程，在實(shí)際的測量工程應(yīng)用當(dāng)中有了更好的技術(shù)支持。在高精度的測繪過程中，GIS系統(tǒng)可以利用地理模型和云計(jì)算的方式采集大量的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行歸一化處理，使最終得到的信息結(jié)果更具參考價(jià)值。在信息的輸出與顯示中可以根據(jù)需求指標(biāo)實(shí)現(xiàn)立體化處理，或利用不同色彩予以錯(cuò)落標(biāo)志，使系統(tǒng)信息反饋更加高效及時(shí)，也可和用戶建立交互共享的模式為其選擇最優(yōu)方案。由此可見，利用地理測繪系統(tǒng)GIS技術(shù)對(duì)于測繪工程的精準(zhǔn)度提升和完善功能性方面均具有較高價(jià)值。

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作者簡介：唐凝（1986.04—），女，漢族，陜西漢中人，講師，本科，研究方向：測繪工程、地理信息系統(tǒng)。